Dans RFEM 6, les types de charges "Accumulation d’eau" et "Neige" permettent la simulation de distributions de charges qui s'adaptent à des géométries de surface changeantes lors de l'analyse. Cet ajustement est réalisé par une mise à jour itérative de la distribution de charge basée sur la forme réelle de la surface. La charge peut se répartir sur les surfaces adjacentes non chargées, s'accumuler dans les zones les plus basses ou éventuellement tomber de la surface.
Ces types de charges sont conçus pour améliorer la précision de l'application des charges et la simulation du comportement structurel. En incorporant la géométrie réelle de la surface à chaque itération, RFEM 6 garantit que les distributions de charges sont aussi réalistes que possible pour des conditions structurelles complexes, telles que l'accumulation de pluie sur les toits ou l'accumulation de neige sur des surfaces avec des pentes variées. Étant donné que le type de charge "Neige" en tant que charge de surface n'est pas encore disponible dans les versions clients, il sera couvert dans un futur article de la Base de Connaissances ; cet article se concentrera exclusivement sur le type de charge "Accumulation d'eau".
Type de Charge "Accumulation d'Eau"
Le type de charge "Accumulation d'eau" (disponible en tant que Charge de Surface dans RFEM 6) simule l'effet de la pluie sur les surfaces, en tenant compte des déplacements selon l'analyse des grandes déformations. Cette fonctionnalité est particulièrement utile pour modéliser l'accumulation d'eau de pluie sur des toits de type membrane, d'autres surfaces multi-courbées, et toits plats. L'algorithme évalue la géométrie de la surface et détermine quelles portions des précipitations vont s'écouler et lesquelles vont s'accumuler en mares (poches d'eau) sur la surface. La taille de ces mares est ensuite utilisée pour calculer la charge correspondante pour la structure.
L'effet d'accumulation d'eau considère les éléments suivants :
Détection des Bassins Versants
La première étape dans l'application de ce type de charge est de détecter les bassins versants sur la surface. Ce processus débute par l'identification des minimums locaux, qui sont les points les plus bas dans le maillage (illustré par le nœud orange dans l'Image 1).
Une fois les points les plus bas identifiés, l'algorithme définit la zone convexe environnante qui inclut tous les éléments finis qui seront affectés par la charge, indépendamment de leur niveau de surface original. Une couche limite est ensuite déterminée, et le point de drainage (nœud rouge dans l'Image 1), étant le point le plus bas de la couche limite, est identifié. C'est le point où l'eau s'écoulera de la surface, fixant le niveau de surface horizontale de la mare détectée (ligne pointillée orange dans l'Image 1). Ainsi, seulement les éléments sous ce niveau sont inondés.
Le bassin versant est mis à jour de manière itérative, et les mares peuvent fusionner ou disparaître à mesure que la déformation de la surface est calculée. Ce processus garantit que la distribution de charge reste précise à mesure que la géométrie de la surface change tout au long de l'analyse.
Effet "Accumulation d'Eau"
L'effet d'accumulation d'eau simule l'accumulation de liquide dans les bassins versants détectés. La seule entrée requise pour ce type de charge est le poids spécifique du liquide, qui peut être défini dans la boîte de dialogue illustrée à l'Image 2. L'algorithme remplit alors la zone de captage jusqu'au point de drainage, en veillant à ce que le niveau de la surface reste horizontal.
Une fois que le bassin versant est rempli, la charge hydrostatique correspondante est calculée pour chaque élément fini basé sur le volume de liquide dans le bassin versant. Cela garantit que la distribution de charge reflète la quantité précise d'accumulation de liquide et son effet sur la structure.
Précipitations
Un paramètre optionnel—les précipitations—peut être activé en cochant la case "Quantité de Précipitations" dans la boîte de dialogue mentionnée ci-dessus (également illustrée à l'Image 3). Une fois activé, le volume de liquide à appliquer sur la surface chargée est défini précisément en fonction des surfaces explicitement chargées par l'utilisateur. L'algorithme détecte alors itérativement le niveau d'eau correspondant dans le bassin versant. Le volume dans la mare détectée, délimité par une surface horizontale, correspond à la quantité spécifiée de liquide définie comme paramètre d'entrée. Après le calcul du volume sur les surfaces chargées, l'eau se répand sur les surfaces adjacentes, garantissant que la distribution est ajustée dynamiquement en fonction de la géométrie de la surface.
Calcul
Pour obtenir des résultats précis avec ce type de charge, l'analyse des grandes déformations est fortement recommandée. Ce type d'analyse permet à la distribution de charge d'être mise à jour à chaque itération basée sur la géométrie réelle et déformée de la structure, garantissant que les effets des changements de surface sont précisément capturés tout au long du processus de calcul.
Alternativement, d'autres ordres de calcul sont disponibles pour les cas où de petites déformations de la structure sont attendues. Cependant, si seulement le 1er ordre de calcul est utilisé, la charge est appliquée à la géométrie originale, non déformée de la structure. Cela peut introduire des inexactitudes dans le calcul, car il ne tient pas compte des déformations qui se produisent au cours de l'analyse.
Conclusion
Le type de charge "Accumulation d'eau" dans RFEM 6 fournit un outil puissant pour simuler les effets de l'accumulation d'eau sur des surfaces telles que les toits. En tenant compte des déformations de surface et en ajustant itérativement les distributions de charges, il garantit une modélisation précise de l'accumulation d'eau de pluie et de son impact sur l'intégrité structurelle. L'algorithme de détection des bassins versants, combiné avec l'option de définition des précipitations, améliore la flexibilité et la précision des simulations. Ainsi, cette fonctionnalité offre des insights essentiels aux ingénieurs structurels concevant des bâtiments et des toits sujets à l'accumulation d'eau due à la pluie, aidant à optimiser la sécurité et la performance sous des conditions variées.